Effects of post-translational modifications catalysed by pollen transglutaminase on the functional properties of microtubules and actin filaments

TGases (transglutaminases) are a class of calcium-dependent enzymes that catalyse the interactions between acyl acceptor glutamyl residues and amine donors, potentially making crosslinks between proteins. To assess the activity of apple (Malus domestica) pollen TGase on the functional properties of actin and tubulin, TGase was prepared from apple pollen by hydrophobic interaction chromatography and assayed on actin and tubulin purified from the same cell type. The enzyme catalysed the incorporation of putrescine in the cytoskeleton monomers. When tested on actin filaments, pollen TGase induced the formation of high-molecular-mass aggregates of actin. Use of fluorescein– cadaverine showed that the labelled polyamine was incorporated into actin by pollen TGase, similar to with guinea pig liver TGase. The pollen TGase also reduced the enzyme activity and the binding of myosin to TGase-treated actin filaments. Polymerization of tubulin in the presence of pollen TGase also yielded the formation of high molecular mass aggregates. Furthermore, the pollen TGase also affected the binding of kinesin to microtubules and reduced the motility of microtubules along kinesincoated slides. These results indicate that the pollen tube TGase can control different properties of the pollen tube cytoskeleton (including the ability of actin and tubulin to assemble and their interaction with motor proteins) and consequently regulate the development of pollen tubes

Programmed Cell Death Reversal: Polyamines, Effectors of the U-Turn from the Program of Death in Helianthus tuberosus L

This review describes a 50-year-long research study on the characteristics of Helianthus tuberosus L. tuber dormancy, its natural release and programmed cell death (PCD), as well as on the ability to change the PCD so as to return the tuber to a life program. The experimentation on the tuber over the years is due to its particular properties of being naturally deficient in polyamines (PAs) during dormancy and of immediately reacting to transplants by growing and synthesizing PAs. This review summarizes the research conducted in a unicum body. As in nature, the tuber tissue has to furnish its storage substances to grow vegetative buds, whereby its destiny is PCD. The review's main objective concerns data on PCD, the link with free and conjugated PAs and their capacity to switch the destiny of the tuber from a program of death to one of new life. PCD reversibility is an important biological challenge that is verified here but not reported in other experimental models. Important aspects of PA features are their capacity to change the cell functions from storage to meristematic ones and their involvement in amitosis and differentiation. Other roles reported here have also been confirmed in other plants. PAs exert multiple diverse roles, suggesting that they are not simply growth substances, as also further described in other plants

Protein-Glutamine Gamma-Glutamyltransferase

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PROGETTO STRATEGICO D\u2019ATENEO 2006 Titolo: CROSS ALLERGENS IN POLLEN AND FRUITS: MODULATION BY CLIMATE CHANGES OF THEIR ALLERGENIC POTENTIAL

RIASSUNTO Stato dell\u2019arte. Le allergie, l\u2019epidemia del XXI secolo, sono in costante aumento nei paesi Occidentali ma i fattori che contribuiscono a tale incremento non sono ancora noti. Allergeni di piante di famiglie diverse, aventi un rilevante impatto epidemiologico e diverso potenziale allergenico a seconda delle aree geografiche, sono coinvolti nelle allergie da polline e alimentari (i.e. Graminaceae, Betulaceae, Corylaceae, Rosaceae); anche una cross-reattivit\ue0 tra allergeni di differenti specie \ue8 stata ben documentata (es. betulla/melo). La frequenza e la gravit\ue0 delle reazioni allergiche sono correlate alla via di sensibilizzazione (contatto, inalazione, ingestione) e alla stabilit\ue0 degli allergeni. Inoltre, i cambiamenti climatici e l\u2019inquinamento sembrano aggravare le allergie, agendo direttamente sulle difese immunitarie degli individui e provocando una risposta allergica mediata da IgE, oppure causando modificazioni degli allergeni stessi incrementandone la capacit\ue0 allergenica, con evidenti aumenti dei costi in termini di terapia e di capacit\ue0 lavorativa (D\u2019Amato et al., 2002). Mentre sono presenti numerosi studi sulla relazione fra inquinanti e risposta immunitaria (Beggs, 2004; D\u2019Amato, 2000), sono pochi e insufficienti i dati relativi alla modulazione/ modificazione degli allergeni dovuta a fattori di stress. \uc8 risaputo che le transglutaminasi (TGasi), una classe di enzimi capaci di modificare post-traduzionalmente le proteine (Griffin et al., 2002), aumentano considerevolmente l\u2019attivit\ue0 enzimatica in condizioni di stress e sono coinvolte in alcune risposte infiammatorie, suggerendone un ruolo anche nelle allergie, come gi\ue0 riportato per la congiuntivite allergica (Sohn et al., 2003). Le TGasi possono modificare direttamente gli antigeni pollinici o attivare la fosfolipasi A (sPLA2), responsabile delle risposte infiammatorie dopo contatto diretto con polline. Obiettivi complessivi del progetto. a) migliorare con approcci multidisciplinari le conoscenze di base sugli allergeni, sulla \u2018cross allergenicit\ue0\u2019 e sui meccanismi molecolari coinvolti nell\u2019aumento dell\u2019allergenicit\ue0 in relazione alle modificazioni ambientali; b) verificare la correlazione ambiente-allergia attraverso la comparazione di dati clinici e ambientali in zone a diverso inquinamento; c) verificare se i principali allergeni di melo siano substrati per le TGasi; d) convalidare in nocciolo (Corylus avellana), un\u2019altra specie la cui cross-allergenicit\ue0 polline/frutto \ue8 ben documentata, i risultati ottenuti in melo. Obiettivi a breve-medio termine dello start up. a) individuare con strumenti bioinformatici motivi comuni negli allergeni del polline e frutto; b) caratterizzare la variabilit\ue0 genetica di melo in relazione alla cross-allergenicit\ue0 polline/frutto in collezioni di germoplasma; c) valutare l\u2019attivit\ue0 TGasica su substrati allergenici e sPLA2 in vitro; d) verificare i meccanismi molecolari con cui i diversi agenti stressanti, compreso l\u2019inquinamento, possono influenzare la vitalit\ue0 e le attivit\ue0 enzimatiche del polline; e) valutare la correlazione tra composizione pollinica e inquinanti ambientali sulle patologie allergiche in bambini allergici provenienti da aree urbane e rurali. Ampliamento delle conoscenze e innovazione a medio-lungo termine. a) identificare le sequenze dei principali allergeni associate a diversi gradi di allergenicit\ue0, al fine di produrre cultivar ipoallergeniche con evidenti riflessi nutrizionali e di prevenzione; b) valutare i meccanismi molecolari di azione delle TGasi vegetali nell\u2019influenzare l\u2019allergenicit\ue0 anche in relazione a variazioni climatiche; c) analizzare l\u2019evoluzione delle allergie in relazione ai cambiamenti climatici raccogliendo dati da 4 anni di \u201cfollow up\u201d su bambini allergici per l\u2019attuazione di strategie preventive e terapeutiche. La scelta del \u201cfollow up\u201d sui bambini \ue8 giustificata dal fatto che le allergie sono molto aumentate a carico di questi pazienti e che questi sono pi\uf9 recettivi ..

Proteine modificate post-traduzionalmente da transglutaminasi durante la morte cellulare programmata

Le conoscenze sulla PCD nelle piante sono molto meno avanzate di quelle acquisite negli organismi animali. Frequentemente, la morte programmata nelle piante rappresenta lo stadio terminale del differenziamento. Nel caso dei fiori la fecondazione pu\uf2 determinare la senescenza e l\u2019abscissione dei petali oppure questi eventi possono essere programmati indipendentemente. Uno dei fattori rilevanti nell\u2019apoptosi delle cellule animali \ue8 risultata essere la modificazione post-traduzionale delle proteine e in particolare quella catalizzata dalle transglutaminasi, la cui presenza e l\u2019attivit\ue0 sono state riscontrate in diversi tessuti in apoptosi. L\u2019enzima catalizza la coniugazione di lisina o ammine primarie a glutamine. Con le poliamine si possono formare derivati mono- e bis \u2013sostituiti dando origine a ponti inter- od intra-proteici a significato strutturale. La conformazione dei substrati pu\uf2 esserne modificata e si possono formare generate reti sopramolecolari. Le poliamine alifatiche libere hanno un ruolo ben stabilito nella stimolazione della divisione cellulare, dello sviluppo e nel dilazionare la senescenza Si intende determinare quali siano le proteine, coinvolte nei fenomeni di morte cellulare programmata, modificate post-traduzionalmente, applicando nuove tecnologie informatiche e morfo-funzionali. Si studieranno gli effetti di tali modificazioni sui metabolismi cellulari La ricerca \ue8 volta a determinare il ruolo della transglutaminasi nelle cellule dei petali di Nicotiana durante la senescenza e la PCD. A tal fine applicando approcci di tipo bio-informatico e morfo-funzionale si intende approfondire l\u2019analisi sia degli enzimi che dei loro substrati proteici. Gli obbiettivi sono quelli di: (1) purificare la transglutaminasi vegetale; (II) microsequenziare l\u2019enzima; (III) produrre un modello strutturale della proteina e compararlo con quello di TGasi note; (IV) comparare le funzioni dell\u2019enzima vegetale con la TGasi di Nematode, con cui vi sono indizi che condivida sequenze omologhe, e con quelle di mammifero con cui sembra invece che non ci siano omologie di sequenza; (V) valutare se l\u2019enzima ha attivit\ue0 deamidasica; (VI e VII) studiare la localizzazione, in relazione a senescenza e PCD, dell\u2019enzima e dei substrati e studiare le modificazioni di proteine: (VIII) citoscheletriche, (IX) di parete (X) plastidiali. Un altro obbiettivo con scopi applicativi consiste nel comprendere il meccanismo molecolare di \u201cringiovanimento\u201d della spermina su fiori recisi o altri prodotti freschi

Regulation of Pollen Tube Growth by Transglutaminase

In pollen tubes, cytoskeleton proteins are involved in many aspects of pollen germination and growth, from the transport of sperm cells to the asymmetrical distribution of organelles to the deposition of cell wall material. These activities are based on the dynamics of the cytoskeleton. Changes to both actin filaments and microtubules are triggered by specific proteins, resulting in different organization levels suitable for the different functions of the cytoskeleton. Transglutaminases are enzymes ubiquitous in all plant organs and cell compartments. They catalyze the post-translational conjugation of polyamines to different protein targets, such as the cytoskeleton. Transglutaminases are suggested to have a general role in the interaction between pollen tubes and the extracellular matrix during fertilization and a specific role during the self-incompatibility response. In such processes, the activity of transglutaminases is enhanced, leading to the formation of cross-linked products (including aggregates of tubulin and actin). Consequently, transglutaminases are suggested to act as regulators of cytoskeleton dynamics. The distribution of transglutaminases in pollen tubes is affected by both membrane dynamics and the cytoskeleton. Transglutaminases are also secreted in the extracellular matrix, where they may take part in the assembly and/or strengthening of the pollen tube cell wall

Biochemistry and function of plant transglutaminases

Research on transglutaminases in plants lags behind that in mammalian systems, aspects still remaining elusive. In this review, we survey the plant TGase literature published after the previous review. Plant TGases, still unclassified, are widespread in "higher" and "lower" plants, in several plant organs and probably different isoforms are differently located in various cell compartments: chloroplasts, mitochondria, cytoplasm, cell walls. They probably exert a mainly structural or conformational role; however, in chloroplasts and mitochondria their roles might be related to the organelles' specific metabolisms. Transgluta-minases appear related to growth (cell cycle, apical growth, seedling growth), differentiation, programmed cell death and stress

Transglutaminases of higher, lower plants and fungi

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